JPH0385134A - 内視鏡装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はファジィ推論手段を用いた自動挿入装置に関す
る。

［従来技術］ 近年、医療用分野及び工業用分野において内視鏡が広く
利用されるようになった。

ところで、内視鏡による観察（診断〉、検査を行うには
細長の挿入部を生体内とかジェットエンジン内等の対象
部位まで挿入（導入）しなければならない。

例えば生体内に挿入する場合には、術者が内視鏡像を見
ながら挿入方向を判断し、挿入部の先端側の湾曲部のア
ングル操作を行って、対象部位まで挿入するようにして
いる。

この挿入の操作は術者の経験によるところが多かった。

［発明が解決しようとする問題点］ 特に屈曲した挿入経路の場合、挿入操作が難しくなり、
熟達した術者でないと、対象部位まで挿入するのに時間
がかかり、挿入操作で術者が疲れてしまい、本来の内視
鏡像による診断、処置に意をそそぐことが困難になって
しまう。又、検査できる患者数も少くなってしまう。

さらに、患者にとっても挿入に時間がかかると、それだ
け内視鏡検査に苦痛を強いられることになり、改善され
ることが望まれる。

このため、内？Ｊ！鏡挿入部を自動的に挿入する自動挿
入装置も提案されているが、生体にも適用できる装置は
少ない。又、これまでの装置は挿入の制御系が大がかり
になってしまう欠点があった。

本発明は上述した点にかんがみてなされたもので、簡単
な構成で内視鏡挿入部を挿入することのできる自動挿入
装置を提供することを目的とする。

［問題点を解決する手段及び作用］ 本発明では内視鏡の挿入部先端部の内視鏡像の上と下、
左と右の明るさレベルを比較する比較手段と、この比較
手段の出力をファジィ推論手段で推論して、アングル操
作量を制御する等して、熟練を必要とすることなく、自
動挿入を行えるようにしている。

［実施例１ 以下、図面を参照して本発明を具体的に説明する。

第１図ないし第５図は本発明の第１実施例に係り、第１
図は第１実施例の全体構成を示し、第２図は４分割の受
光部の構成を示し、第３図は上下方向のアングル制御の
ためのメンバシップ関数を示し、第４図は内視鏡の先端
部を体腔内に挿入した状態を示し、第５図はファジィ推
論の概要説明図を示す。

第１実施例を説明する前に、第５図を参照してファジィ
推論の概要を説明する。ファジィ推論とは、人間が日常
の中で使用するあいまいな言葉で表現したファジィ・ル
ール（ファジィ推論規則）を用いた推論である。ファジ
ィ・ルールは「１ｆＡ＝８ＩＧ　ａｎｄ　Ｂ＝ＮＯＲ）
４ＡＬ　ｔｈｅｎ　Ｘ−３ＨＡＬＬ　Ｊのように記述で
きる。第５図で、Ａ、Ｂは入力変数、Ｘは出力変数であ
る。ルールが成立するための条件を書いた部分「ｉｆ　
Ａ＝ＢＩＧ　ａｎｄ　Ｂ＝ＮＯＲＨＡＬ　Ｊを前件部、
その結論部分「Ｘ＝ＳＨＡＬＬ　Ｊを後件部という。フ
ァジィ推論では各入力変数をＯ〜１の値に変換して演算
するが、この変換を定義するのがメンバシップ関数（前
件部メンバシップ関数〉である。メンバシップ関数はフ
ァジィ・ルールで扱う命題（ＢＩＧ。

Ｎ０ＲＨＡＬ、　５ＨＡＬＬ等）毎に定義されている。

メンバシップ関数を参照して入力変数が各命題を満足す
る度合いを計算する。前件部に命題が複数ある場合は、
そのうちの最小値を求める。これを最小値（ＭＩＮ）演
算という。次に、各ルール毎のメンバシップ値を合成す
る。これは、各ルールの後件部を比べ、その最大値をと
り新しいメンバシップ関数を作ることにより行われる。

これを最大値（ＭＡＸ）演算という。この合成されたメ
ンバシップ関数の重心値が推論結果〈出力値）となりこ
れに基づいて、後段の制御が行われる。

第５図の推論方式は代表的な例であるが、他にもいくつ
かの推論方式が提案されている。ここでは、第２図の推
論方式に従って説明するが、この発明は他の推論方式を
採用した場合でも適応可能である。

上述のファジィ推論手段を備えた第１実施例のく内視鏡
の）自動挿入装置１の構成を第１図に示す。

自動挿入装置１は、撮像手段を備えた電子内視鏡２と、
この電子内視鏡２に照明光を供給する光源部３及び信号
処理する信号処理部（カメラコントロールユニットとも
呼びＣＣＵと略記する。）４等を内蔵した制御装置５と
、ＣＣＵ４の映像信号を表示するカラーモニタ６とから
構成される。

上記電子内視鏡２は、細長で可撓性の挿入部７を有し、
この挿入部７の後端には大幅の操作部８が形成され、こ
の操作部８からユニバーサルコード９が延出され、その
先端に取付けたコネクタ１１を制御装置５に着脱自在で
装着できるようにしである。

上記操作部８には、上下方向及び左右方向のアングル駆
動部１２Ａ、１２Ｂが設けてあり、これらアングル駆動
部１２Ａ、１２Ｂを制御することによって、挿入部７の
先端構成部１３に隣接して形成した湾曲部１４を上下方
向／左右方向等に湾曲できるようにしである。

上記挿入部７内及びユニバーサルコード９内に、照明光
を伝送するライトガイド１５が挿入され、コネクタ１１
を制御装＠５に接続することによって、このライトガイ
ド１５の入射端面に照明光が供給される。つまり、光源
ランプ１６の白色光は、コンデンサレンズ１７によって
集光され、ライトガイド１５の入射端面に照射される。

このライトガイド１５で伝送された照明光は、先端構成
部１３側の端面から出射され、被写体を照明する。

照明された被写体は、先端構成部１３に設けた対物レン
ズ１８によって、その焦点面に配設したＣＧＤｌ　９に
光学像が結ばれる。

上記光学像はＣＣＤ１９によって、充電変換され、信号
電荷として蓄積される。しかして、ＣＣＵ４内の図示し
ないドライブ回路からのドライブ信号によって読出され
、ＣＣｔＪＧＡ内の信号処理回路で信号処理されて、標
準的な映像信号に変換され、カラーモニタ６で被写体像
をカラー表示する。

上記対物レンズ１８とＣＣＤ１９との間の光路上に、ハ
ーフプリズム２１等のビームスプリッタが介装してあり
、このハーフプリズム２１にて対物レンズ１８側から入
射される光の一部を反射して、受光部２２に導く。

この受光部２２は、第２図（Ａ）又は（Ｂ）に示すよう
に、４分割した受光素子２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２
ｄで構成され、受光素子２２ａ、２２ｂは上下方向の湾
曲方向に対応して配置され、受光素子２２ｃ、２２ｄは
左右方向の湾曲方向に対応して配置されている。換言す
るならば、受光素子２２ａ、２２ｂはＣＧＤｌ９による
画像における上下方向と目印された方向に沿って配置さ
れ、受光素子２２Ｃ，２２ｄはこの方向と直交する方向
に沿って配置されている。上記目印の方向はアングル駆
動部１２Ａにより、湾曲部１４が湾曲される方向と一致
する。

各アングル駆動部１２Ａ、１２Ｂは、アングル用ワイヤ
２５Ａ、２５Ｂがそれぞれ巻装されたプーリ２６Ａ、２
６Ｂと、これらプーリ２６Ａ、２６Ｂを回転駆動するモ
ータ２７Ａ、２７Ｂと、各モータ２７Ａ、２７Ｂの回転
量を検出するロータリエンコーダ２８Ａ、２８Ｂとから
構成される。

しかして、例えばモータ２７Ａを例えば直方向に回転さ
せると、ワイヤ２５Ａの一方を牽引し、他方を弛緩させ
て湾曲部１４を上下方向に湾曲できる。

上記モータ２７Ａ、２７Ｂは、それぞれ上下及び左右ア
ングル制御回路２９Ａ、２９Ｂと接続され、これら上下
及び左右アングル制御回路２９Ａ。

２９Ｂによってその動作が制御される。

尚、上記モータ２７Ａ、２７Ｂは、湾曲操作スイッチ３
０により、上下及び左右アングル制御回路２９Ａ、２９
Ｂを介して、所望とする方向に湾曲できるようにしであ
る。

ところで自動挿入のための挿入方向を検出するための受
光部２２の出力信号は、信号ケーブル３１を介して、演
算部３２に入力される。

この演算部３２は、４つの受光素子２２ａ、２ｂ、２２
ｃ、２２ｄの総和信号（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ）と上下方向及
び左右方向にそれぞれ配置した１対の受光素子２２ａ、
２２ｂ；２２ｃ、２２ｄを演算して差信号ａ−ｂ及びｃ
−ｄを出力する。

上記総和信＠（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ）と差信号ａ−ｂ、ｃ−
ｄは、ファジィ推論部３３に入力され、これら３つの信
号からアングル駆動部１２Ａ、１２Ｂのアングル制御を
行う制御信号を生成し、挿入部７の先端側を挿入経路の
屈曲状態に応じて屈曲させ、自動挿入できるようにして
いる。

上記ファジィ推論部３３の出力信号は上下及び左右アン
グル制御回路２９Ａ、２９Ｂに入力させ、アングル制御
を行うと共に、（移動〉モータ駆動回路３′４に入力さ
れ、モータ３５．３５を制御して挿入部７に当接したプ
ーリ３６．３６の回転／停止を制御する。

さらにファジィ推論部３３の出力は警告灯駆動回路３７
を介して警告灯３８の点滅を制御する。

上記ファジィ推論部３３による例えば上下方向のアング
ル制御について以下に説明する。

ファジィ推論部３３は、演算部３２の出力、つまり総和
信号（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ）と、差信号ａｂによって、基本
的には表のように上下方向のアングル制御及び警告灯の
０Ｎ１０ＦＦ制御を行う。

表に示すアングル制御の方法をメンバシップ関数にする
と、例えば第３図に示すようになる。

以下余白 第３図において、例えば■は、総和信号（ａ＋ｂ＋ｃ＋
ｄ）が明るく、且つ差信号ａ−ｂが正であれば、下方に
アングル制御を行うと共に、警告灯は点灯しないことを
表している。

上記■の制御ルールは第４図の状態に対応している。

挿入部７の先端側が挿入された体腔４１の深部側が下方
に屈曲し、一方挿入部７の先端側は下方を向いていない
場合には、ライトガイド１５による照明光は深部側に届
かなかつたり、深部側からの反射光は弱いので、深部に
通じる開口部分が結像される受光素子２２ｂ側の出力が
他方の受光素子２２Ｈの出力よりも小さくなる。

従って、この場合には下方にアングル制御して、挿入部
７の先端側を開口する深部側に向けるように制御すると
共に、体腔壁面に当接する状態ではないので、警告灯３
８は点灯しない。

一方、■で示す制御ルールの場合には、挿入部７の先端
側が体腔壁面に直面した状態と考えられ、この装置１が
正しく動作しなかった時に起こり得ると考えられる。

この状態では、体腔壁面は近距離となり、明るい照明状
態となると共に、２つの受光素子２２ａ。

２２ｂの出力は殆ど同じレベルとなるため、その差信号
は殆どＯとなる。従って、この場合には、アングル制御
の方向が分らないので、そのままとし、警告灯３８を点
灯して、警告を行う制御ルールにしている。又、この場
合には、挿入用モータ３５．３５の動作を停止して、壁
面に当たらないように制御するようにしている。

この他■〜■のルールによって、ファジィ推論による出
力信号を生成するようにしている。

従って、仮りに第３図（Ａ）　、　（Ｂ）に示すように
総和信号ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄの値が×１、差信号ａ−すの値
が×２であるとすると、アングル制御の値は同図（Ｃ）
に示すようにハツチング部になり、警告灯制御も同図（
Ｄ）で示すハツチング部となる。

上記３つのハツチング部を重ね合わせると第３図（Ｅ）
の図形が得られ、それらの最大値演算を行い且つその重
心ｘ３が上下方向のアングル制御量となり、ファジィ推
論部３３はこの制御１１！に対応した信号が上下アング
ル制御回路２９Ａに出力する。この場合には、少し下方
向きのアングル制御を行うことによる。

尚、この場合には、第３図（Ｆ）に示すように警告灯３
８についてはＯＦＦに近い出力値となるので点灯しない
。

この第１実施例によれば簡単な構成によって、内視鏡を
挿入経路の深部を目ざして自動挿入することができる。

又、この第１実施例ではファジィ推論手段を用いて挿入
方向とか警告灯３８の点灯を制御しているので、通常の
ディジタルコンピュータによる判断よりも適切な判断を
高速で行うことかできる。

つまり通常のコンピュータによる制御方法では、「もし
も〜ならば」に相当する前件部が複数あると、結論部と
しての後件部に各前件部が独立的に影響を及ぼすため、
条件に完全に適合する場合と、適合する場合からかなり
ずれた場合でも、設定した範囲内にあれば同一の制御結
果となってしまう場合が一般的である。

これに対しファジィ推論手段では、第３図からも分るよ
うに前件部の条件に良く適合する場合にはその後件部が
制御結果に寄与する割合が大きく、前件部の条件に適合
する割合が小さいと、その後件部が結果に占める割合が
小さくなるというようにして、基本的な制御ルールを重
み付けしたような制御結果が導かれることになる。

このため、得られる制御結果は最適値に近いものとなる
。

通常のコンピュータ制御によっても、前件部の条件に適
合する割合に応じて制御結果を得るようにｔｌ＋１１１
することも可能であるが、それを実現するためには膨大
な演算量となり、装置自体が大がかりになってしまった
り、非常に高速のコンピュータを使用しなければ実現で
きないのに対し、ファジィ推論手段によれば小規模で且
つ短時間で制御結果が得られるので、装置の構成が簡単
且つ小型化できる利点も有る。

第６図は本発明の第２実施例の自動挿入装置５１の全体
構成を示す。この実施例の電子内視１５２は、第１図に
おいてハーフプリズム２１及び受光部２２を有しない構
造のものが用いてあり、−方、制御装置５は、ＣＣＵＪ
内の図示しないＮＴＳＣエンコーダに入力される輝度信
号Ｙを切換スイッチ５３を介して４つの積分回路５４ａ
、５４ｂ、５４Ｇ、５４ｄに−導き、この積分回路５４
ａ。

５４ｂ、５４ｃ、５４ｄの積分信号を演算部３２に入力
するようにしている。

上記切換スイッチ５３は切換制御回路５５によッテ、接
点Ｓａ、Ｓｂ、ＳＣ，Ｓｄは第７図のように切換えられ
る。

第７図（ａ）に示すモニタ画面上の１フイールド／フレ
ームの映像に対し、例えば２つの対角線によって、４分
割した領域Ｒａ、Ｒｂ、ＲＣ，ＲｄのＨ度信号をそれぞ
れ積分回路５４ａ、５４ｂ。

５４ｃ、５４ｄに入力させるように切換スイッチ５３が
切換えられる。

例えば第７図（ａ）における走査線での映像信号期間で
は第７図（ｂ）　、　（ｃ）　、　（ｄ）に示すように
接点Ｓｃ、Ｓａ、Ｓｄがオンする。

従って、積分回路５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄは第
１実施例の受光部２２の役割を果たすことになる。

その他の構成は第１実施例とほぼ同様である。

この第２実施例によれば、第１実施例と同様の作用効果
を有すると共に、電子内視鏡５２として受光部２２を有
しないものを使用できるという利点を有する。

尚、警告灯３８を点灯させる代りに、モニタ画面上で警
告マークを表示するようにしても良い。

尚、本発明はファイバスコープの接眼部にテレビカメラ
を装着した外付はテレビカメラ付きスコープでも同様に
使用できる。

尚、４分割よりも多く分割して、より細かく制御するよ
うにしても良い。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、内視鏡像を複数の領
域に分割して、各領域の出力レベルを比較し、その比較
した出力信号をファジィ推論手段に入力して挿入方向を
制御するようにしているので、簡単な構成で内視鏡を適
切に自動挿入することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は本発明の第１実施例に係り、第１
図は第１実施例の装置全体の構成図、第２図は受光部を
示す正面図、第３図はファジィ推論部の制御ルールを示
す説明図、第４図は内視鏡の先端側を体内に挿入した状
態の説明図、第５図はファジィ推論手段の概要の説明図
、第６図は本発明の第２実施例の全体構成図、第７図は
スイッチの切換を行うタイミングの説明図である。 １・・・自動挿入装＠　　　２・・・電子内視鏡３・・
・光源部　　　　　　４・・・ＣＣＵ３・・・制御袋＠
　　　　　６・・・カラーモニタ１２Ａ、１２Ｂ・・・
アングル駆動部 １８・・・対物レンズ １９・・・ＣＯＤ　　　　　　２２・・・受光部２２ａ
、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ−・・受光素子２９Ａ、２９
Ｂ・・・アングル制御回路３２・・・演算部　　　　　
３３・・・ファジィ推論部３４・・・モータ駆動回路　
３８・・・警告灯第 １ 図 第 図 （Ａ） （Ｂ） 第 図 第７図 ａ 手続ネ甫正書（自発） １ 平ｌｆｔ１年１１月２９日 よミ 「１ １、事件の表示 平成１年特許願第２２３４８３号 前８１ 、発明の名称 自動挿入装置 フ７ 名 称 （０３７）オリンパス光学工業株式会社代表者　　下　
　山　　敏　　部 ４、代理人 住　　所 東京都新宿区西新宿７丁目４番４＠ 明ｍ書中第１ページの特許請求の範囲を次の５に訂正し
ます。 １視鏡像の夏１の方向の明るさレベルの検出子、該検出
手段の出力を比較する比較手段と、己比較手段の出力で
湾曲部の湾曲量を制御するフライ推論手段とを設けたこ
とを特徴とする出入装置。」 明ｔａ書中第８ページの第１４行目にある「直に」を削
除します。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 内視鏡像の４つの方向の明るさレベルの検出手段と、該
   検出手段の出力を比較する比較手段と、前記比較手段の
   出力で湾曲部の湾曲量を制御するファジィ推論手段とを
   設けたことを特徴とする自動挿入装置。